高效切削技術(shù)在大功率交流機車構(gòu)架加工中的應(yīng)用

中國南車集團(tuán)株洲電力機車有限公司（湖南 412001）熊超歐

現(xiàn)在我們正處在先進(jìn)制造技術(shù)空前快速發(fā)展的時期。由于數(shù)控機床（NC）的問世，發(fā)展一系列數(shù)控加工技術(shù)，如加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），甚至出現(xiàn)了與傳統(tǒng)機床完全不同的虛擬軸機床（又稱六條腿機床），與機床同時相輔相成發(fā)展起來的高速加工新技術(shù)、新刀具、新工藝的緊密結(jié)合，使機械加工中的勞動強度大大降低，輔助時間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高，為制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。

1.生產(chǎn)現(xiàn)狀

株洲電力機車有限公司轉(zhuǎn)向架事業(yè)部構(gòu)架車間機加工片大都是數(shù)控龍門銑床，主要加工電力機車、地鐵轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架及構(gòu)架梁體和立板。被加工的材料以鑄鋼、鍛鋼及鋼板為主。由于產(chǎn)品主要是焊接件結(jié)構(gòu)，大多是斷續(xù)切削而且加工量還比較大，在加工中不但采用高速切削刀片的消耗量比較大，機床也損壞得快。怎樣提高加工效率，有效控制生產(chǎn)制造成本，這是我們要探討的問題。

2.產(chǎn)生問題的原因

我們對構(gòu)架車間所有機加工設(shè)備在現(xiàn)場實際工作中的加工情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)造成刀具消耗量較大的主要原因：①沒有一個清晰、明了、準(zhǔn)確的刀具消耗動態(tài)和刀具消耗定額。其原因車型較多并要平行作業(yè)和交叉作業(yè)。②切削用量不合理而造成刀具消耗量大及浪費機床切削功率。因外購件的外形不規(guī)矩，加工量大，工件內(nèi)部砂眼太多；因上工序焊接變形而產(chǎn)生加工量大或沒有加工量堆焊造成的刀具磨損。③由于刀具一次性使用而造成刀具消耗量大。刀片刃口已磨損未及時更換而造成浪費機床切削功率和外表面加工質(zhì)量差；沒有進(jìn)行二次刃磨；刀桿(盤)沒有進(jìn)行維修。

3.推廣高效切削技術(shù)，降低生產(chǎn)成本

（1）針對現(xiàn)場刀片切削刃的破損現(xiàn)象優(yōu)化切削用量 現(xiàn)場對SS4改構(gòu)架用不同的切削用量進(jìn)行加工。被加工材料為中碳鋼，刀片材料為YT5，發(fā)現(xiàn)刀片切削刃的破損有以下過程（見圖1）。

圖1

圖2

在切削過程中我們可以看出，隨著切削速度提高（相應(yīng)的切削溫度也升高），切削刃破損影響因素由以力為主，向以熱為主的方面轉(zhuǎn)化（見圖2），使處在高溫高壓下的刀—屑接觸區(qū)內(nèi)物理的力學(xué)的性能變動，轉(zhuǎn)化為類似冶金過程的物理化學(xué)反應(yīng)變化，切削刃破損的原因：除了機械摩擦、冷粘附外，更重要的應(yīng)是高溫?zé)嵴掣?、塑性變形、氧化擴散及熱電現(xiàn)象引起的破損。不管切削刃破損的形式如何，大致上應(yīng)是圖3展示的六個因素影響的結(jié)果，僅在不同的切削條件下，各影響因素所估的主次不同而已。

圖3

針對在加工中刀片切削刃的破損現(xiàn)象我們制定了以下切削用量：刀盤直徑為630mm；切削速度V=138m/min；進(jìn)給量fZ=0.05mm/齒；切削深度ap=20mm。通過多次試切，經(jīng)過工藝驗證采用以上的切削用量既延長刀片使用壽命，減少機床功率的消耗，又提高了工件外表面的加工質(zhì)量。

（2）有針對性地采用高效切削技術(shù) 目前國內(nèi)、外一直宣傳推廣應(yīng)用八種先進(jìn)的切削法，即SWC、NEC、CNC、HFC、HSC、MSC、LRC和CAC，是節(jié)約機床切削功率和延長刀片使用壽命的重要途經(jīng)之一。①SWC特點：雙重前角；后角有后隙角；切削速度V=60～140m/min；加切削液時主切屑是銀白色，干切削時呈淺藍(lán)色。②NEN主要是不等距銑刀。③CNC是使用TiC涂層刀片切削法。它是硬質(zhì)合金刀片的第二次重大改革。④HFC原理是降低切削速度，提高走刀量來獲得節(jié)約能源，發(fā)揮刀片的切削性能的一種先進(jìn)工作法。⑤HSC是指使用硬質(zhì)合金（或金屬陶瓷刀、CBN等）超硬刀具材料，高速切削發(fā)揮其切削性能的另一種先進(jìn)切削法。⑥MS是北京工業(yè)大學(xué)在端銑刀改進(jìn)而開發(fā)的一種切削法。不但可以節(jié)約機床功率達(dá)16%～46%，而且可以消除切削過程中顫振現(xiàn)象產(chǎn)生，為切除大余量開辟一條新途徑。⑦LRC解決了刀具的堅固性與鋒利性這一不可調(diào)和的基本矛盾，為極薄切削創(chuàng)造了有利條件。⑧CAC是綜合前述七種先進(jìn)切削法。銑削銀鋁合金，切削力可以降低50%以上，提高刀具壽命達(dá)3倍以上。⑨除此以外還有插銑、坡走銑、圓弧插補銑等技術(shù)都是高效切削技術(shù)中的一些提高生產(chǎn)效率的有效方法。

構(gòu)架車間銑邊機是專門加工構(gòu)架側(cè)梁、橫梁立板。上海地鐵側(cè)梁立板不但要加工邊，還要加工平面。我們采用涂層刀片切削，使用后耐磨性比一般刀片提高7～8倍。摩擦力減小20%～30%，節(jié)約10%～25%的動力消耗。具體切削用量如下：刀盤直徑125mm；切削速度V=78.5m/min；進(jìn)給量f=120mm/min；切削深度ap=3mm。

在整體加工大功率交流機車構(gòu)架的吊桿座中，將原來用立銑刀進(jìn)行側(cè)銑，改用插銑刀具進(jìn)行插銑，每加工一個構(gòu)架減少了2h的加工時間。就此一項改善一年就節(jié)約刀具費98550元。

在整體加工大功率交流機車構(gòu)架的拉桿座底平面中，將原來底平面上用φ60mm鉆頭分別鉆兩個工藝沉臺后再進(jìn)行銑削，改用X和Z方向的線性坡走銑削工藝加工提高功效2倍。

還有在整體加工大功率交流機車構(gòu)架一系彈簧座板的內(nèi)孔中（盲孔），采用的圓弧插補銑削工藝，解決了采用鏜孔工藝在一系彈簧座板靠近側(cè)梁下蓋板處經(jīng)常出現(xiàn)加工孔完畢會留下很厚的飛邊，給后面的精整工序帶來了很大的麻煩的問題。

總之，在整體加工大功率交流機車構(gòu)架中，雖然不能采用高速切削，但是可以通過不同的加工方法提高加工效率。

4.結(jié)語

高速切削（HPC）實際上意味著兩個不同的方面：①它意味著在很高的主軸轉(zhuǎn)速和超高的進(jìn)給率的精加工條件下提高加工效率。②這個術(shù)語還指在高金屬切除率下進(jìn)行重粗加工。

因此，高速切削是高效加工的手段之一，更重要的是高速切削可以促成工藝替代，從而簡化生產(chǎn)工藝流程。HPC不僅僅是速度的提高，HPC銑削還被描述為能滿足提高金屬去除率要求的銑削加工。

實踐證明，只有通過對效率的不斷追求，才能經(jīng)濟有效地處理好其他矛盾。所以，現(xiàn)代機械加工技術(shù)的發(fā)展中，效率被推上了最為突出的位置。高效切削技術(shù)成為現(xiàn)代機械加工技術(shù)的主流是必然的發(fā)展趨勢。